李淑娟

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100）

微生物轉(zhuǎn)化是利用某種微生物產(chǎn)生的一種或幾種酶的催化功能，對(duì)作為底物的某個(gè)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的特定位置進(jìn)行改造，使其轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)相似的更有價(jià)值的新化合物，其本質(zhì)即酶的轉(zhuǎn)化。該技術(shù)主要是用于解決化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜反應(yīng)。目前，微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于化工醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，尤其是制藥工業(yè)，為現(xiàn)代生物技術(shù)制藥提供了新途徑和新方法。

1 微生物轉(zhuǎn)化在甾體藥物中的應(yīng)用

甾體類(lèi)化合物是自然界廣泛存在的一類(lèi)天然化學(xué)成分，結(jié)構(gòu)中具有環(huán)戊烷駢多氫菲甾體母核，甾體藥物的工業(yè)生產(chǎn)主要通過(guò)改造天然的化合物而獲得，但是應(yīng)用化學(xué)方法改造時(shí)，合成步驟多，得率低，價(jià)格昂貴，而微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用則使甾體藥物的生產(chǎn)更加方便、經(jīng)濟(jì)。諾卡氏菌可將甲基睪丸素微生物轉(zhuǎn)化獲得甾體藥物去氫甲睪酮[1]，轉(zhuǎn)化后的去氫甲睪酮藥效感化更強(qiáng)，主要用于治療消耗性疾病、腫瘤、外傷、手術(shù)及老年骨質(zhì)疏松等疾病。微生物簡(jiǎn)單節(jié)桿菌將雄烯二酮衍生物轉(zhuǎn)化為雌酮[2]，轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%，轉(zhuǎn)化后的雌酮可以用于治療心血管疾病等。另外，利用微生物白色鏈霉菌將醋酸去氫表雄酮轉(zhuǎn)化生成孕激素－炔諾酮[3]，轉(zhuǎn)化后的炔諾酮活性大大提高，藥效增強(qiáng)。

2 微生物轉(zhuǎn)化在中藥研究和生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物中的酶能在溫和條件下催化中藥化學(xué)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣不僅可以提高中藥藥效，降低中藥不良反應(yīng)，而且還可以去除中藥中的大分子雜質(zhì)。微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)為中藥的研究和生產(chǎn)開(kāi)辟了又一個(gè)空間。

2.1 甘草的微生物轉(zhuǎn)化

甘草為豆科植物甘草的根及根狀莖，甘草次酸是甘草重要的有效成分之一，但是含量低，只有0.1%左右。研究證明，甘草次酸不僅具有消炎、抗變態(tài)、抗利尿及美容功效，而且還具有皮質(zhì)激素樣作用，更重要的是甘草次酸能增強(qiáng)艾滋病毒感染者的免疫能力和制止病情發(fā)展，其衍生物具有抗腫瘤等作用。由于甘草次酸通常采用甘草酸水解來(lái)制備或從生藥中采用溶劑提取來(lái)獲得，然而水解反應(yīng)不完全且會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，而且甘草次酸的含量有限，采用微生物直接轉(zhuǎn)化甘草來(lái)提高甘草次酸的含量。用微生物轉(zhuǎn)化甘草不僅直接獲得甘草的有效成分甘草次酸，而且也能獲得更具活性的下游產(chǎn)品。如利用產(chǎn)β-葡萄糖醛酸酶的黃曲霉HC-12將甘草中的甘草酸轉(zhuǎn)化成甘草次酸[4]，轉(zhuǎn)化后的甘草次酸抗炎、鎮(zhèn)痛活性較未轉(zhuǎn)換的甘草顯著性提高，并且藥效作用迅速。

2.2 虎杖的微生物轉(zhuǎn)化

中藥虎杖是寥科植物虎杖的根和莖，具有祛風(fēng)利濕、散癖定痛、止咳化痰等功效?；⒄扔行С煞种饕前邹继J醇及其糖苷和大黃素及其糖苷[5]。干燥虎杖根莖中白藜蘆醇的含量為0.1%～0.2%，白黎蘆醇苷（虎杖苷）的含量達(dá)0.76%～2.55%。白藜蘆醇具有抑制腫瘤、抗氧化、抗血栓，抗過(guò)敏、抗動(dòng)脈粥樣硬化和具有高血脂癥、冠心病、缺血性心臟病的防治作用，目前主要通過(guò)虎杖中的白黎蘆醇苷轉(zhuǎn)化獲取。有研究用酸堿水解法對(duì)虎杖苷進(jìn)行分解，但是酸堿會(huì)造成環(huán)境污染，降低產(chǎn)量，也有用改性纖維素酶直接對(duì)虎杖苷進(jìn)行分解，但工藝較復(fù)雜、成本較高，不利于推廣。而微生物轉(zhuǎn)化法可高效地將白黎蘆醇苷轉(zhuǎn)化成白藜蘆醇。曹庸[6]直接用微生物米曲霉發(fā)酵虎杖粗藥材，使其中的虎杖苷轉(zhuǎn)化為白黎蘆醇，大大提高了白藜蘆醇的收率。

3 微生物轉(zhuǎn)化在天然藥物研發(fā)中的應(yīng)用

天然產(chǎn)物由于天然活性成分的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，分子中常有多個(gè)手性中心，用化學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造選擇性差，還極易發(fā)生副反應(yīng)，而微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)具有其他一般方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，可以為開(kāi)發(fā)新藥、提高藥物療效、降低藥物毒副作用的研究提供新的手段。

3.1 紫杉醇的微生物轉(zhuǎn)化

紫杉醇是從紅豆杉樹(shù)皮中提取的一種具有特殊骨架的二萜類(lèi)生物堿，它具有抗腫瘤作用，是用于臨床效果最好、毒副作用最低的抗癌藥物之一。由于紫杉醇在紅豆杉中的含量很低，而且紅豆杉非常貧乏，因此限制了紫杉醇的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。微生物轉(zhuǎn)化就是將紫杉醇結(jié)構(gòu)類(lèi)似物－紫杉烷類(lèi)化合物，通過(guò)利用生物酶的高度選擇性轉(zhuǎn)化成為紫杉醇的半合成前體，從而提高了資源的利用率，簡(jiǎn)化了分離過(guò)程，提供了一個(gè)解決紫杉醇來(lái)源問(wèn)題的方法與思路。張昕欣等[7]優(yōu)化發(fā)酵工藝，通過(guò)植物內(nèi)生細(xì)菌歐文氏菌使紫杉醇前體轉(zhuǎn)化為紫杉醇，產(chǎn)量顯著增加。

3.2 大豆異黃酮的微生物轉(zhuǎn)化

大豆異黃酮是一種黃酮類(lèi)化合物，能改善人體動(dòng)脈粥樣硬化，防止更年期婦女骨質(zhì)疏松，抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，保護(hù)腎臟功能等。天然大豆異黃酮主要以糖苷形式存在，但研究發(fā)現(xiàn)，人體在吸收大豆異黃酮糖苷過(guò)程中先要將其轉(zhuǎn)化成分子量更小、更容易吸收的大豆異黃酮苷元，在生物利用率方面，大豆異黃酮苷元生理活性要高于大豆異黃酮糖苷。目前制藥業(yè)生產(chǎn)大豆異黃酮苷元的方法有酸水解、酶法水解等，酶水解是利用β-葡萄糖苷酶將大豆異黃酮糖苷轉(zhuǎn)化為容易吸收的大豆異黃酮苷元，大大提高其生物的活性。劉海英[8]優(yōu)化轉(zhuǎn)化條件，利用微生物裂褶菌發(fā)酵β-葡萄糖苷酶將大豆異黃酮糖苷轉(zhuǎn)化為苷元。

3.3 人參皂苷的微生物轉(zhuǎn)化

人參皂苷是人參的主要活性成分[9]，它具有抗癌、抗氧化及抗衰老等療效，其結(jié)構(gòu)因糖基側(cè)鏈不同，顯示出的性質(zhì)和功能也有較大差異。天然的人參中皂苷Rb1、Rg1、Re等含量較高，而 Rd、Rh1、Rh2等含量較少，人參皂苷的微生物轉(zhuǎn)化即利用微生物中糖苷酶降解人參皂苷中糖基，使其轉(zhuǎn)化成為另一種皂苷單體。微生物轉(zhuǎn)化已成為人參主皂苷轉(zhuǎn)化為稀有皂苷的一種重要方式。武倫鵬等[10]研究真菌GH26能將人參首要皂苷Rb1有效轉(zhuǎn)化為人參稀有皂苷C-K[30]，最大轉(zhuǎn)化率為76.6%。陳賀等[11]利用微生物固體發(fā)酵將人參中的主皂苷Rb1、Rb2、Rd和Rg1轉(zhuǎn)化為具有更高生物活性的稀有人參皂苷C-K，其質(zhì)量濃度達(dá)到0.11 mg/g。

4 結(jié)語(yǔ)

微生物轉(zhuǎn)化是化學(xué)和生物科學(xué)的一門(mén)交叉學(xué)科，因此，任何在化學(xué)或生物學(xué)上的進(jìn)展都將對(duì)微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)造成深遠(yuǎn)的影響。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的成熟和發(fā)展、學(xué)科之間的交叉，微生物轉(zhuǎn)化在藥物的研究和生產(chǎn)領(lǐng)域會(huì)更加成熟。